Реклама на сайте (разместить):



Реклама и пожертвования позволяют нам быть независимыми!

Акулы

Материал из Викизнание
Перейти к: навигация, поиск

Акулы (Squalidae) - вместе с райями, или скатами, образуют подотряд Plagiostomata - поперечноротых из отряда селахий (Selachiae). Представляя часто значительные уклонения и особенности в наружном виде, в общем, однако, рыбы эти имеют большое веретенообразное тело, несимметрический хвостовой плавник с более развитой нижней его частью, два снабженных обыкновенно колючками спинных плавника, острое рыло, на конце которого вверху лежат два носовых отверстия, чаще, впрочем, дувни, а внизу поперечное, снабженное сильным зубным аппаратом, расположенным в несколько рядов, - ротовое отверстие. По бокам шеи находится несколько жаберных щелей. Кожа лишена чешуек, но зато покрыта бугорками и выступами и высушенная находит обширное применение, как настоящая шагрень. Глаза снабжены свободными веками. Череп представляет цельную хрящевую коробку, а хорда состоит из отдельных, только отчасти цементированных известью позвонков, остальной же скелет - хрящевой. Большинство видов кладут яйца, заключенные в плоские, угловатые роговые скорлупы, которые снабжены нитеобразным подвесом и известны под названием морских мышей; другие же рожают живых детенышей, которые у некоторых видов, например аристотелевой акулы (Mustela laevis), во время своего развития связаны, подобно млекопитающим, с материнским организмом. Акулы - прожорливые животные, исключительно питающиеся мясом, а потому опасны и для человека; но некоторые из самых крупных видов снабжены лишь маленькими зубами и питаются рыбами и низшими организмами, они очень многочисленны в южных морях, чем севернее, тем они реже, и, наконец, в полярном море имеется только их два вида; некоторые из них забираются далеко вверх по рекам, как, например, по Тигру и Гангу. В Японии и Китае акулы потребляются в пищу, а из плавников их, которые представляют значительный предмет торговли, приготовляют клей. В северных морях за ними охотятся вследствие содержания в печени их отличного жира - ворвани. Особенно опасным является Carcharius glaucus до 7 м длиной и ужасный Carcharodon Rondeletii - длиной в 12 м и с зубами в 5,7 см. Оба вида встречаются и в Средиземном море. Более невинным является житель северных морей, гигантская акула (Selache maxima), достигающая 13 м длины. Ископаемые остатки, колючки плавников (ихтиодорулиты), зубы (называемые народом "окаменелые змеиные зубы") и т. д. встречаются в изобилии в меловой и третичной формации; более старинные остатки, особенно из силурийской и девонской формации, несколько сомнительны. О систематике акул писали Иог. Мюллер и Генле, об анатомии и истории развития их - тот же Иог. Мюллер и в новейшее время - Бальфур.Акулы - рыбы, относящиеся к отряду акулообразных (Selachiiformes), подкласса пластиномса-берных (см.) (Elasmobranchii).

Настоящие А. (подотряд Selachoidei) характеризуются обычно веретенообразным телом, жаберными отверстиями, расположенными по бокам головы; число их с каждой стороны обычно пять (шесть - только у тропического пилоноса - Pliot-rema). Спинных плавников два. Подхвостовой плав-пик отсутствует только у нокотшщ, полярных акул, пилоносов и морских ангелов. Внутренний скелет хрящевой, укрепление его идёт путём обпз-вествления. Чешуя в виде «кожных зубов» - пла-коидная. Рот большой, расположенный на нижней стороне головы. Имеется клоака. У самцов есть органы для внутреннего осеменения-птеригоподии, образующиеся за счёт лучей брюшных плавников.

А.-гл. обр. морские рыбы, обитатели как прибрежной зоны, так и открытых вод. Немногие виды живут

в реках (Амазонка, Замбези, Ганг п др.). Встречаются А. в тропических, умеренных п арктических водах. В ископаемом состоянии известны начиная с каменноугольных отложений. А. включают десять ныне живущих семейств. Размеры А. очень разнообразны: гигантская A. (Cetorhinus maximus) свыше 15 м длины, морской кот (Scyliorhinus caniculus) до 1 м, а чёрная колючая A. (Spinax spinax) до 47 см. Размножаются А. или откладывая крупные яйца, обычно заключённые в роговидную оболочку, часто е длинными выростами, при помощи к-рых яйца прикрепляются ко дну (морской кот, пилохвост

- ?

в

Акулы: 1 - гренландская; 2 - морской кот; 3 - колючая 4 - морская лисица; S - плащецосиан; 6' - сельдеван.

п другие А.), или родят живых детёнышей (купья А., сельдевая А., колючая А. и многие другие). Большинство яйцекладущих А. откладывает немного яиц, только полярная А., водящаяся в Баренцевом м. и в сев. части Тихого океана, откладывает до 500 яиц, не заключённых в твёрдую оболочку.

У живородящих А. зародыши питаются за счёт соков материнского организма. У них образуется нечто вроде плаценты млекопитающих. Число развивающихся зародышей бывает различно. У колючей А. одновременно вымётывается 10-20 штук. Многие А.- хищники, питающиеся мелкой рыбой, но некоторые нападают на крупных рыб и даже на китов. Известны случаи нападения А. на человека. Самые крупные A. (Cetorhinus maximus и Rineodon typicus) питаются мелкими, живущими в толще воды, рачками. Одна гигантская А. съедает столько же рачков, сколько их съедает миллион сельдей, Нек-рые А. питаются донными беспозвоночными - иглокожими, моллюсками, червями.

В водах СССР настоящие А. водятся в Тихом ок., в Полярном бассейне, в Балтийском, Чёрном и Азовском морях. Нек-рые А. имеют промысловое значение. В СССР ловятся колючая А., нокотница, полярная А., сельдевая А. и другие. Из печени А.; добывается ценный рыбий жир и витаминные препараты, мясо употребляется в пищу, из скелета готовится рыбий клей, кожа идёт для различных поделок и используется при полировке пенных сортов дерева. Добываются А. сетями, тралами и на крючки. Крупных А. бьют гарпуном.

Древние А.(подотряд Hexanchoidei) включают А., имеющих по шесть или семь жаберных щелей с каждой стороны головы. У них всего один спинной пданник. К древним А. принадлежат два ныне живущих семейства: плащеносные А. (семейство СЫа-inycloselachidae с сдппстисшшм, редко встречающимся видом,- плащенослюй А.) и семейство грсбпезу-бых A. (Hcxanchidae). Встречаются в умеренных и тропических водах, промыслового значения не имеют.

2*

Рогатые А. (подотряд Heterodonioidci) - небольшие рыбы с пятью жаберными отверстиями о каждой стороны головы. Над глазами кожистые гребни. Ростральные хрящи отсутствуют. Один род Heterodontus с несколькими видами в субтропич. и тропических частях Тихого и Индийского океанов. АКУСТИКА (от греч. Jr/.o6<o - слушаю) - учение о звуке. А.- одна из самых древних областей физики, зародившаяся из потребности дать объяснение явлениям слушания и речи. Еще Эмпедокл (492-432 до н. э.) объяснял распространение и восприятие звуков движениями весьма тонкого вещества, исходящего из звучащего тела и попадающего в ухо. Аристотель (384-322 до п. э.) уже понимал, что звучащее тело вызывает сжатия и разрежения воздуха, и объяснял эхо (см.) отражением. Правильные представления о звуке утверждаются в первые века пашей эры,- так, Вптру-вий Поллион (1 век н. э.) сравнивает распространение звука с распространением колебаний на поверхности воды. Первоначальные правильные представления о колебаниях звучащего тела установились много ранее: Пифагор Самосский (5 в. до н. э.) формулировал законы колебания струн, Аристотель отчётливо разграничивает в ы с о т у, силу, тембр звука и связывает их различия со скоростью и количеством приводимого в движение воздуха и с устройством голосового аппарата.

В средние века развитие А. как науки приостанавливается в связи с общим научным застоем и только с 16 века А. вновь начинает развиваться. Галилей и Мерсснн устанавливают точные количественные законы колебании струн. Мерсенн определяет и скорость звука в воздухе, но находит сильно преувеличенное значение (414 ж/сек.). Гассенди устанавливает, что скорость звука не зависит от его высоты. Скорость звука в воде считалась равной скорости в воздухе; верное определение скорости звука в воде было дано много позже (Бедан, 1825, Колладои и Штурм, 1827). Первый расчёт скорости звука в воздухе произвёл Ньютон (1687), однако он не предусмотрел нагревания при сжатии, почему получил преуменьшенное число; ошибка эта била исправлена Лапласом (1816).

В начале 18 в. начинает создаваться и теоретическая А.: Тейлор вычисляет число колебаний струны по её длине, весу и натяжению, члены Петербургской Академии наук Л. Эйлер н Д. Бернулли в начале 18 в. и франц. математик и физик Д'Аламбер разрабатывают полную теорию колебания струн (1740-50) и объясняют происхождение известных уже со времени Мерсенна обертонов (см.). Эйлер устанавливает систему музыкальных интервалов («Опыт новой теории музыки», 1739). Хладни в ряде работ подробно изучает колебания упругих тел - струп, стержней, пластинок, колоколов и др., ц тем открывает новые пути экспериментальной А. (1802). Братья Вебер (1825) и Савар (1820-37) изучают распространение звука в жидкостях и упругих телах и показывают, что оно соверпгается по тем же законам, что и в воздухе. В 19 в. выходят два крупных труда: Гельмгольпа - «Учение о звуковых ощущениях» (1863, рус. пер. 1875) н Ролся - «Теория звука» (1877-78). Гольмгольц объясняет физич. природу музыкальных п речевых звуков, исходя из разработанного им метода анализа звуков («резонаторы Гельм гольца»), даёт физич. теорию уха, как слухового аппарата, и создаёт учение о консонансе и диссонансе (см.), пак-ром основывается современная музыкальная А. В труде Рэлея систематически изложен весь материал А. с точки зрения единой теории, причём в неё вошёл и богатый экспериментальный материал, полученный самим Рэлеем. В конце 19 в. постепенно устанавливается мнение, что А. как часть физики уже исследована и интерес физиков к ней падает. Поворот к новому мощному развитию А. начинается в 20-х гг. 20 в. в связи с появлением электронной лампы (см.) и основанных на её применении усилителей (см.). Этим открываются новые возможности измерения акустических величин, обычно весьма малых, и получения новых способов генерирования звуков вплоть до радиочастот (миллионы колебаний в секунду). В особенности сильно развивалась акустика в связи с проблемой радиовещания.

В годы сталинских пятилеток А. начинает мощно развиваться в Советском Союзе. Ныне Акустика представляет весьма обширную отрасль физики с разнообразными приложениями к технике и военному делу.

Современную А. можно разделить на А. общую (включая теоретическую А.), физиологическую, музыкальную (см. Акустика музыкальная), атмосферную, электроакустику, гидроакустику и архитектурную А.

Общая А. изучает (теоретически и экспериментально) процессы возникновения и распространения звука, а также методы акустич. измерений. Весьма часто звук возникает при колебании упругих тел (диафрагмы телефона, громкоговорителя, колокола), возбуждаемых или ударом, или нериодич. силой, главным образом обусловливаемой действием элект-рич. тока или напряжения. В первом случае звуки кратковременны, во втором - могут длиться всё время, пока излучающий звук аппарат питается энергией переменного электрич. тока. Другой важный случай звукообразования, так называемого автоколебания (см.), имеет место в органных трубах, свистках и вообще духовых инструментах. Автоколебания происходят в горле человека и животных. Часто автоколебательная система является электрической, в этом случае даваемые ею электрические колебания преобразуются (как, напр., в телефоне и громкоговорителе) в колебания упругого тела. Правильное и полное понимание таких автоколебательных процессов было достигнуто после 1920 трудами советской школы физиков, руководимой академиками Л. И. Мандельштамом и Н. Д. Папалекси (А. А. Андронов, С. Э. Хайкин и др.), а затем исследованиями советского учёного К. Ф. Теодорчика.

Колебания. Колебания любой точки звучащего тела характеризуются: амплитудой, т. е. размахом - величиной наибольшего отклонения точки от положения её равновесия (измерения показывают, что чем сильнее ощущение звука, тем больше амплитуда звучащего тела), и числом колебаний в секунду (одним полным колебанием считается движение точки от некоторого положения, например положения её равновесия, в одну сторону, затем в другую и до возвращения в прежнее положение). Время, уходящее на одно колебание, называется его периодом. Обозначив число колебаний в 1 сек. через N, а период через Т, имеем NT-I сек. Чем больше число колебаний в секунду, тем более высоким кажется нам звук.

Рис. 1. Чистый тон. Т-период; и - амплитуда.

Число колебаний, даваемых звучащим телом, может быть весьма различным - от нескольких колебаний до многих миллионов в секунду. Различают инфразвуковые колебания 0-(16-20) колебаний в сек., не воспринимаемые человеческим ухом, (16-20)-(16-20тыс.) колебаний в сек.- слышимые звуки; выше этой частоты колебания не воспринимаются ухом и называются ультразвуковыми (см. Ультразвук). Кроме того, колебания звучащего тела характеризуются формой колебания, под к-рой подразумевают характер изменения положения и скорости колеблющейся точки за время, равное периоду. Простейшая форма колебания - синусоидальная, для к-рой изменение с течением времени отклонения точки от положения равновесия

выражается формулой: и = a sin -jr-, где и отклонение, а - амплитуда, t - время, для к-рого мы хотим определить и. Звук, издаваемый телом, колеблющимся по такому закону, называется простым звуком, или чистым тоном (см.). Все другие звуки - сложные. Назв'ание «форма колебания» произошло от способа изображения характера колебания: откладываем на прямой от определённой точки отрезки; длины отрезков пропорциональны временам, для к-рых опре-деляютсяотклонения, а самые отклонения- на перпендикулярах, восстановленных из концов соответствующих отрезков; в результате образуется ряд точек, соединяя к-рые сплошной линией, получим рисунок, вполне характеризующий колебание (см. рис. 1-6). От формы колебания зависит оттенок или тембр звука, та его особенность, благодаря к-рой мы отличаем, напр., звук голоса от звука скрипки, хотя бы оба имели одинаковую амплитуду и число колебаний в секунду. Так, чистые тона имеют глуховатый тембр, сложные-более или менее резкий; звуки непериодического характера (точки звучащего тела колеблются нерегулярно) имеют характер шумов, как, напр., согласная «ш» (рис. 4). Вышеприведённые кривые могут быть получены опытным путём, способы их получения весьма разнообразны; один из них описан ниже (мембрана с зеркальцем). Звуковые волны. Движение колеблющегося тела передаётся окружающей среде (воздуху, воде). Напр, колебание диафрагмы телефонной трубки вызывает в прилежащем к Рис 5. Форма звукового им-ней слое воздуха ежа- пульса артиллерийского ору-тия и разрежения, ко- Д1Ш- Ординаты - давление, абс г ' циссы - время,

торые, стремясь выровняться, разбегаются от телефона во все стороны со скоростью звука (рис. 7). Если диафрагма телефона совершает за секунду N колебаний, то в воздухе за то же время создаются N сжатий и разрежений, к-рые, одно за другим, распространяются вперёд,

Рис. 3. Т - период.

Рис. 4. Звук «ш».

так что первая пара сжатие-разрежение успеет распространиться на расстояние, проходимое звуком за 1 сек., пока возникнет последняя пара; поэтому

на протяжении этого расстояния разместятся N таких пар. Длина, занимаемая парой сжатие - разрежение, называется длиной волны и обозначается X. Очевидно, чем больше

Рис. 6. Затухающее колебание. Т - цериод.

N, тем больше длин волн укладывается на протя жении пути звука за 1 сек. Это приводит к соот ношению N1 =с v, где v - скорость звука. Отсюда

видно, что: 1) чем больше число колебаний звучаще го тела в секунду, тем меньше длина звуковых

воли, от него исходящих; 2) длина волны тем мень ше, чем меньше ско рость звука. Совершен но те же явления мы

наблюдаем на поверх ности воды или по дли не верёвки (струны),

один конец к-рой при ведён в колебание ру кой, или в длинной

упругой спирали,

той только разнице,

Рис. 7. Звуковые ВОЛРШ, расхо-с дящпеоя от телефонной трубки.

- длина волны расстояние от

что в воздухе и в пру- Разрешения до разрежения ^iu мг rj (или от сгущения до сгущения).

жине колебания совер- '^ "^ '

шаются по той же прямой, по которой распространяются волны (продольные колебания,

рис. 8), а по верёвке и па воде колебания пер-пендикулярны к направлению распростра-Рис. 8. Распространение волн нешш (поперечные в упругой среде. Продольные .i r q.

колебания. ко л цианин, рис. У),

Направление, в к-ром распространяются зву-\ - J новые волны, называет Рис. 9. Распространение волн ся Л у ч о м. по верёвке. Поперечные ноле- Эти кривые могут башм- быть получены при по мощи осциллографа (см.) записью на фотопластинке. От источника звука колебания передаются окружающей его среде (воздух, вода) и распространяются во все стороны со скоростями, определяемыми свойствами среды (см. таблицу, где температура указана в СС и скорость распространения - в ж/сек.):

Вещество Скорость

Воздух при 0° ......... 331 ,5

Водород при 0° ......... 1 .263

Вода при 8° .......... 1.441

Морская вода при 15° ..... 1.493

Дерево ............. 3.000-4.000

Сталь .............. 5. 100

Скорость эта не зависит от характера излучаемых колебаний, за исключением случая весьма мощных звуков (взрывы), когда в воздухе она может доходить до нескольких тысяч метров в секунду. От звучащего тела разбегаются волны сжатия и разрежения, причём колебания частиц среды совершаются по направлению распространения (см. Волны). Волны эти несут с собой звуковую энергию. Расчёт показывает, что поток энергии, т. е. количество (в эргах) энергии, протекающей за 1 сек. через 1 см3 поверхности, перпендикулярной к направлению потока, равен

- - , где р - плотность среды, с - скорость

звука в ней, а А - амплитуда колеблющейся в данном месте частицы среды; ту же величину можно вычислить и по амплитуде давления Р в данной точке

pt среды по формуле ^ • Если звуковая энергия

распространяется во все стороны, то поток энергии уменьшается пропорционально квадрату расстояния от звучащего тела, т. к. энергия распределяется на все увеличивающиеся шаровые поверхности; закон этот верен при отсутствии поглощения энергии в самой среде, что для воздуха и воды практически соблюдается. Общее количество звуковой энергии, испускаемой телом в 1 сек., называется его звуковой мощностью. Законы движения звуковой энергии были впервые изучены Н. А. Умовым в его замечательной работе «Уравнение движения энергии в телах» (1874).

По характеру распространения звуковые волны мало отличаются от волн других известных в физике типов: световых, радиоволн, водяных, - во всех этих случаях наблюдаются бегущие и стоячие волны, отражение и преломление, интерференция и диффракция (см.). Но по физич. происхождению и по своей природе звуковые волны существенно от них отличаются. Для распространения звука необходимо наличие упругой среды, такой, как вода, воздух и т. п., тогда как электромагнитные волны (свет, радиоволны) распространяются в специфическом электромагнитном поле. Существенное отличие звуковых волн - зависимость скорости их распространения от их мощности, о чём упоминалось выше; второе отличие - перенос звуковых волн средой (ветер, течение); теория такого переноса звуковых волн изучена впервые и изучалась до сих пор только советскими физиками (II. Н. Андреев и И. Г. Русаков, 1934, Д. И. Блохинцев, 1946, и др.). При распространении звуковых волн всегда наблюдается потеря ими энергии, они слабеют - происходит так называемое поглощение звука (см.). Звукопоглощение обусловлено выравниванием давлений в звуковой волне; оно вызвано молекулярными процессами обмена энергиями в соседних частях звуковой волны и перехода их в тепловую энергию. Изучение звукопоглощения позволяет подойти к молекулярной структуре жидкостей и газов. Первоначально установленными Стоксом и Кирхгофом причинами звукопоглощения являются вязкость и теплопроводность (см.); при этом работами советских физиков Л.И. Мандельштама, М. А. Леоп-товича, П. А. Бажулина установлено, что для жидкостей потери на вязкость имеют двоякий характер: среда характеризуется не одним коэфициентом вязкости, как полагали до этих работ, а двумя. При высоких частотах, т. е. малых длинах волн, наблюдается звукопоглощение, обусловленное неоднородностью молекулярной структуры среды, как это было впервые показано П. Н. Лебедевым и П. П. Некле-паевым. Наконец, установлен тип поглощения, вызываемый обменом энергии звуковых волн с энергией молекул (Кнезер).

Передатчики и приёмники з в у -к а. Всякое тело, способное совершать колебания, может быть передатчиком (источником) или приёмником звука; тело, колеблясь, попеременно сжимает и разрежает окружающую его среду (воздух или воду) и, т. о., служит причиной возникновения звуковых воли. И, наоборот, сжатия и разрежения, несомые звуковыми волнами, производят на встречаемое ими тело переменные давления и вызывают колебания тела (приёмника). Колебания передатчика могут быть свободные, вынужденные и с обратной

связью. Напр, струна, по к-рой ударил молоточек рояля, колеблется затем свободно, причём вследствие отдачи её колебательной энергии деке рояля, а также других потерь, колебание её затухающее. Таково же и колебание свободного камертона. Но если колебания тела поддерживаются внешней силой, то они называются вынужденными: так, диафрагма телефона колеблется под действием магнитной силы (см. Телефон). Примером колебаний передатчика с обратной связью может служить молоточек электрич. звонка: здесь колебание молоточка вызывает перерывы тока, к-рый, в свою очередь, поддерживает эти же колебания. Начальная амплитуда свободных колебаний тем больше, чем бблыний запас энергии сообщён колеблющемуся телу; частота колебаний определяется массой и упругостью тела. Так, напр., амплитуда колебания струны тем больше, чем больше мы её оттянули, частота колебаний тем меньше, чем толще и тяжелее струна, и тем больше, чем сильнее струна натянута, но совершенно не зависит от амплитуды. Амплитуда вынужденных колебаний зависит от двух обстоятельств: во-первых, от величины вынуждающей колебания силы. Если, напр., мы поём перед диафрагмой микрофона (см.), то амплитуда её колебаний тем больше, чем громче мы поём, т. е. чем значительнее те сгущения и разрежения воздуха, к-рые мы вызываем и к-рые заставляют диафрагму выгибаться то в одну, то в другую сторону. Но, кроме того, большое значение имеет и высота производимого нами звука. Можно заметить, что диафрагма особенно сильно колеблется при звуке определённой высоты и много слабее при звуках более низких или значительно более высоких. Период звука, при к-ром наблюдаются наиболее сильные колебания, совпадает с периодом свободных колебаний диафрагмы. В этом случае говорят, что тело (в данном случае диафрагма) находится в резонансе с возбуждающей колебания силой, а само тело получает название резонатора. Частота колебаний с обратной связью почти точно равна собственной частоте свободных колебаний системы; амплитуда же тем больше, чем «крепче» эта связь (напр, в электрич. звонке), чем большее изменение вызывает перерыв тока, создаваемый движением молоточка в силе электромагнита, притягивающего молоточек, а также, чем сильнее ток, пропускаемый по обмотке электромагнита.

Важным типом приёмника является воздушный резонатор, сыгравший большую роль в истории А.; это, например., бутылка, цилиндр или шар с отверстием (резонатор Гельмгольца, рис. 10). Звуковые

Рис. 10. Набор резонаторов Гельмгольца.

волны, приходя к отверстию резонатора, приводят его в колебание; вследствие т. н. резонанса (см.) это колебание тем сильнее, чем ближе частота звуковой волны к собственной частоте резонатора. Если

приходящий к резонатору звук сложен, то, подбирая резонаторы, наиболее сильно отзывающиеся, можно произвести анализ звука, т. е. установить, какие колебания присутствуют в звуковой волне.

Такой анализ сложного звука и синтез его из простых колебаний произвёл Гельмгольц («Учение о звуковых ощущениях», 1863). В настоящее время существуют анализаторы, позволяющие в несколько секунд получить в виде кривой на фотопластинке полную картину состава сложного звука.

В содержание общей А. входят обычно методы измерения акустических величин и измерительная аппаратура. Вследствие весьма малых амплитуд звуковых волн измерение их долгое время было весьма затруднительно и могло быть осуществлено с точностью, много меньшей, чем в других физических измерениях. Первые абсолютные методы измерений были даны Рэлеем, а также П. Н. Лебедевым и В. Д. Зерновым (1908). Современные звукоизмери-тельные аппараты за редкими исключениями (см. Диск Рэлея) представляют, по существу, комплекс, состоящий из приёмника, превращающего механические колебания, создаваемые в нём звуковыми волнами, в электрический ток, к-рый поступает в усилитель, а из него в измерительный радиотехнический прибор; весьма часто результат измерения фиксируется на фотопластинке.

Физиологическая А. занимается изучением восприятия звуков органами слуха и образования звуков органом речи, причем объектом изучения является почти исключительно человек. Ухо человека (рис. 11) состоит из наружного уха, в которое поступают звуковые вол-Рис. 11. Ухо человека (схематический ' разрез). Наружное ухо: 1- ушная раковина; 2-наружный слуховой проход; 3 - ба-раоанная перепопка.Среднее ухо: 4,s,6 - слуховые косточки (молоточек, наковальня, стремпчко) в полости среднего уха (барабанной полости). Внутреннее ухо: 7-полость его, наполненная жидкостью (перелимфой); S - полукружный канал; 9-улитка; 10- слуховой перв; 11-Евстахиева труоа.

ны, среднего уха, которое отделено от наружного так называемой барабанной перепонкой, колеблющейся от действия звуковых волн, внутреннего уха и системы косточек, находящейся в среднем ухе и передающей эти колебания внутреннему уху; в последнем находится жидкость, изменения давления в к-рой передаются, при помощи еще неизвестных физико-химических процессов, нерпам. Чувствительность нашего уха к звукам различной высоты, т. е. различного числа колебаний в сек., чрезвычайно различна; так, нормальное ухо не воспринимает совершенно звуков до 10 и от 20.000 и выше колебаний в секунду. Но и в промежутке 16-20.000 ухо воспринимает разные тоны с различной силой, даже если несомая ими звуковая энергия одинакова. Поэтому сила звука, т. е. количество несомой им звуковой энергии, не соответствует громкости, т. е. степени раздражения слуховых нервов. Нижеследующая таблица показывает силу звуков, воспринимаемых ухом, как звуки одинаковой громкости и притом еле слышимые.

Выше и ниже указанных пределов сила звука, едва воспринимаемого ухом, чрезвычайно возрастает. Таким образом, наибольшую чувствительность ухо имеет к тонам 1.500-3.000 колебаний в сек.; эта чувствительность колоссальна. Если энергию, запа сенную в 1 г, поднятом на высоту 1 см, превратить в энергию звука, длящегося 1 сек. с числом колебаний 2.000, и эту звуковую энергию разделить на 1012 (миллион миллионов) равных частей, то одной такой части будет достаточно, чтобы человеческое ухо восприняло её как звук. Надо отметить, что вы Число колебаний в се- 200 500 1.000 1 500 2000 2 500 3

Наименьшая воспринимаемая энергия в эргах на 1 см' в 1 сек. в точке, где помещено ухо . . . в 1.10 8 3.10 3.1 0~~" 1.1 0~" 1.1 0~" ____ У 1.10 __ 9 1.10

шеприведённые результаты являются средними: различные люди и даже правое и левое ухо одного человека обладают нередко весьма различной чувствительностью. Если в ухо попадают два звука различной частоты, то более сильный тон иногда заглушает более слабый (если сила последнего не достигает известного предела). Низкие звуки нередко легче заглушают высокие; это явление называется маскировкой одного звука другим. Изменения высоты и силы звука ощущаются ухом лишь тогда, когда эти изменения значительны; здесь приблизительно верен так наз. закон Вебера-Фехнера: отношение изменения звуковой энергии, еле ощущаемого ухом, к полной величине энергии приблизительно одинаково для звуков разной силы; также и отношение изменения числа колебаний в секунду к полному числу колебаний.

Весьма сильные звуки, как слышимые, так и неслышимые, вызывают ощущение давления и даже боли ь ухе. Сила звука, при к-рой начинаются эти ощущения, называется болевым порогом, или порогом ощущения.

Наличие у человека двух ушей даёт ему возможность определять направление, откуда идёт звук (так называемый бииауралъный эффект, см.). Ухо, более обращённое к звуку, слышит его несколько лучше и, кроме того, несколько раньше; это последнее обстоятельство и помогает гл. обр. определять направление звука, т. к. уши чрезвычайно чувствительны к разности времён прихода звука и улавливают её, если она не менее 3-10~5 сек.; ассоциации, вызванные в мозгу этой разницей, создают чувство направления. В комнате направление звука определить невозможно вследствие многочисленных отражений его от степ.

Горло человека (рис. 12) как орган звука представляет трубку, закрытую двумя голосовыми связками, образующими т. н. голосовую щель; натяжение связок может изменяться мускулами горла. Воздух, выходящий из лёгких, вызывает колебание связок, издающих звук. Это есть автоколебание, поддерживаемое потоком воздуха из лёгких. В колебаниях участвуют полости рта и носа, играющие роль резонаторов; меняя их объём и натяжение связок горла, мы можем менять высоту и состав звуков, образуемых при речи, пении, свисте. При этом звук состоит не только из основного тона, но в состав его входят еще тона более высоких частот-т. н. форманты (см.); наличие их обусловливает тембр звука и его индивидуальную окраску, а также объясняет различие произносимых нами звуков речи.

В настоящее время установлен состав гласных звуков речи; основной тон всякой гласной может быть различен, и высота его определяет музыкальное ощущение; к основному тону добавляются характерные форманты, наличие к-рых определяет произносимую

гласную и высота к-рых почти неизменна при изменениях основного тона; для О и У форманты имеют около 400 колебаний в сек., для А - около 800; для Е имеются два форманта, около 400 и около 3.000; для .И -около 400 п около 4.000. С. Н. Ржев-кип и В. Н. Казанский (1927) установили характерные особенности певческого, голоса и показали, что у хорошо тренированных певцов высокие форманты весьма ослаблены и почти отсутствуют. Тренделен-бург (1924) обнаружил присутствие и более высоких формант, различных у различных людей и придающих звуку индивидуальную окраску, по к-рой мы отличаем голоса разных людей. У хорошо тренированных певцов, эти форманты почти отсутствуют, и весьма ослаблены форманты, характеризующие гласные, что придаёт пению полноту и чистоту, но затрудняет понимание слов. Если искусственно создать основной тон и его форманты, то мы услышим соответственную гласную. Гельмгольцу удалось подбором камертонов с резонаторами искусственно создать, различные гласные. В настоящее время удалось создать запись речи на фотопластинке, к-рую может читать специально обученная стенографистка.

Рис. 12. Горло человека. Слева -• фронтальный разрез (спереди, сверху вшш), справа-' вид сверху (ограниченный вверху корнем языка .внизу-стенкой глот--ки): 1 - надгортанник; 2 -• верхняя и 3-ннж-ннн голосовые связки; 4 - голосовая мышца.

Одним из существенных вопросов А. явилось установление требований к передаче речи и музыки электроакустической аппаратурой, что связано с верной передачей тембра. Вопросу этому посвящена множество работ, разъяснивших его, хотя и не до конца. Особые требования предъявляются к слуховым аппаратам для глухих; современная аппаратура для глухих достигла большого совершенства.

Техническая А. рассматривает гл. обр. приложение А. к технике передачи речи и музыки, что связано с проблемами преобразования звуковой энергии в электрическую; поэтому нередко называют техническую А. электроакустикой (см.). Она разрабатывает вопросы записи и воспроизведения звука и создания соответствующей передающей аппаратуры (граммофон и электрограммофон, звуковое кино н записывающая аппаратура, телефон, микрофон). Другим важным разделом электроакустики является радиовещание (см.) с его принимающей п передающей аппаратурой. К числу акустических приборов, решающих неакустические вопросы, относится напр. эхолот (см.), позволяющий с большой точностью и быстротой определять глубины моря, нефтяных скважин и т. п.

В особенности обширное применение имеют ультразвуки. Это обусловлено лёгкостью получения весьма мощных ультразвуков и притом, в случае нужды, в виде тонких пучков с возможностью фокусировки подобно оптическим лучам. Ультразвуки обладают явно выраженным бактерицидным свойством (свойством убивать бактерии), благодаря чему употребляются для стерилизации молока и консервов. Под действием ультразвуков могут быть получены коллоидные растворы металлов п эмуль«

сии (они вызывают ускорение химия, реакций). Ультразвуки ускоряют рост растений; в медицине они успешно применяются для лечения невритов, невралгии, ишиаса. Наконец, по отражению ультразвуков от невидимых дефектов внутри металла можно обнаруживать эти дефекты, что было открыто и использовано для построения ультразвукового дефектоскопа С. Я. Соколовым.

Весьма обширно применение А. в военном деле. По разности времён, в к-рые доходит звук выстрела к двум точкам, находящимся на значительном расстоянии (база) одна от другой (100-150 м), определяется направление, откуда донёсся звук; два таких определения, произведённые с разных баз, дают возможность установить положение стреляющего орудия (звуковая разведка). Существуют авукоулавливатели (см.) для подслушивания с большого расстояния шума приближающихся самолётов и для определения направления на летящий самолёт.

В последние годы звукоулавливание с успехом заменено радиолокацией (см.).

Большое значение имеет в военно-морском деле подслушивание и пеленгация (см.) кораблей и подводных лодок как по испускаемым ими подводным звукам, так и по отражению от них ультразвуков. Идея подводного подслушивания высказывалась еще Леонардо да Винчи, но реально применяться начала только в первую мировую войну; в период второй мировой войны получила широкое раз-витио. Особенно большую роль сыграли подводные ультразвуковые пеленгаторы (см. Гидролокация), акустические мины и акустические тралы для борьбы с минами (см.). В связи с этими проблемами возникла отдельная область А.- гидроакустика. Первой её задачей явилось исследование распространения звуковых волн и лучей в воде. Море представляет собой весьма неоднородную среду, в к-рой звуковые лучи заметно искривляются, поглощаются, рассеиваются, так что определение по звуку места расположения корабля на больших дистанциях весьма затруднительно. Искривление звуковых лучей вызывается главным образом неравномерностью температуры моря на разных глубинах. Если температура падает с глубиной, то луч звука загибается вниз и отражается ото дна, что вызывает ослабление. При повышении температуры с глубиной луч звука загибается кверху и отражается от свободной поверхности, что ослабления не вызывает. Звук зимой распространяется на много более значительные расстояния, чем летом. Большим препятствием в работе военно-морских приборов является подводная реверберация (см.), обусловленная рассеянием звука на неоднородностях среды, в частности неровной поверхностью моря и дна.

Особое явление представляет сверхдальнее распространение звуков взрывов, открытое и изученное Л. Д. Розенбергом и Л. М. Бреховских; оно вызывается также искривлением звуковых лучей, вслед-ствив роста плотности с глубиной (высотой). Возможные дальности распространения звуков взрыва достигают нескольких тысяч километров.

Архитектурной А. называется раздел А., изучающий звуковые процессы в закрытых помещениях. Основная задача архитектурной А. - обеспечение хорошей слышимости речи и музыки во всех точках, где могут находиться слушатели. Для этого необходимо обеспечение надлежащей громкости во всех точках помещения, уменьшение излишней гулкости и устранение или ослабление посторонних звуков и шумов, проникающих в помещение извне (см. Архитектурная акустика).

Атмосферная А. занимается гл. обр. изучением распространения звука в свободной атмосфере (см. Атмосферная акустика).

Лит.: 3 е р н о в В. Д., Успехи в области акустики за последние 15 лет, «Успехи физических наук». 1918, т. 1, вып. 2; Лебедев П. Н., Успехи акустики за последние десять лет, «Физическое обозрение». 1927, т. 6, №1,4; Брэгг У., Мир звука, М.-Л., 1927; В уд А., Звуковые волны и их применение, М.-Л., 1934; Дэ -вис А., Современная акустика, М.-Л., 1938; X арке в ич А., Звуковая разведка, Свердловск, 1942; его же, Электроакустическая аппаратура, Л.-М., 1934; его же, Теория преобразователей, М., 1948; Стрэтт Д. (Релей), Теория звука, т. 1-2, М.-Л., 1940-44; Ф у р-дуев В., Акустика звукового кинопоказа, М., 1945; его же, Электроакустика, М.-Л., 1948; Р ж е в к и н С., Слух п речь в свете современных физических исследований, 2 изд., М.- Л., 1936; е г о ж е, Ухо на разведке, Свердловск, 1942; К нудсен В., Архитектурная акустика, Киев - Харьков, 1936; Д р е и з е н И., Курс электроакустики, т. 1-2, М., 1938-40; Р и м с к и и - К о р-с а к о в А. В., Звуковая сигнализация, М.-Л., 1943; Кузьмин П. и Смирнов П., Курс гидроакустики, Л., 1939; В л о х ин це в Д., Акустика неоднородной движущейся среды, М.-Л., 1946; Белов А., Акустические измерения, Л., 1941; Розенберг Л. Д., Звуковые фокусирующие системы, М.-Л., 1949; Труды Акустической комиссии [Акад. наук CCCPJ, сб. 1-3, [М.-Л.), 1939; Сборник трудов [Научно-исслед. института музыкальной пром-сти], вып. 1-3, М.-Л., 1938-41; «Труды Научно-исслед. кино-фотоинститута», М., 1932-.


Требуется проверка викификации!
Шаблон:Проверить источники

Шаблон:БСЭ2:Опущен рисунок


Статья из Большой советской энциклопедии

Эта статья подлежит модернизации и корректировке!

Если Вы заметили неточность — Вы можете исправить её с помощью ссылки редактировать (или править) на этой странице.


Требуется сведение текстов!

Эта статья фактически состоит из нескольких не связанных между собой фрагментов. Требуется исправить ее так, чтобы она была однородной! Вы можете сделать это с помощью ссылки редактировать или править.

(в этой статье не хватает wiki-ссылок)

Статью можно улучшить?
✍ Редактировать 💸 Спонсировать 🔔 Подписаться 📩 Переслать 💬 Обсудить
Позвать друзей
Вам также может быть интересно: